Πριν από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια, τέσσερα μόρια χόρευαν στην κομψή δομή διπλής έλικας του DNA, η οποία παρέχει τους κώδικες για τη ζωή στον πλανήτη μας. Αλλά αυτοί οι τέσσερις παίκτες ήταν πραγματικά θεμελιώδους σημασίας για την εμφάνιση της ζωής - ή θα μπορούσαν άλλοι να δώσουν και τον γενετικό μας κώδικα;
Μια νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε σήμερα (20 Φεβρουαρίου) στο περιοδικό Science, υποστηρίζει την τελευταία πρόταση: Οι επιστήμονες πρόσφατα εμφύτευσαν ένα νέο είδος DNA στην κομψή δομή διπλής έλικας και διαπίστωσαν ότι είχαν ιδιότητες που θα μπορούσαν να στηρίξουν τη ζωή.
Αλλά αν το φυσικό DNA είναι μια μικρή ιστορία, αυτό το συνθετικό DNA είναι ένα μυθιστόρημα του Τολστό.
Οι ερευνητές δημιούργησαν το συνθετικό DNA χρησιμοποιώντας τέσσερα επιπλέον μόρια, έτσι ώστε το προϊόν που προέκυψε να έχει έναν κώδικα που αποτελείται από οκτώ γράμματα αντί τέσσερα. Με την αύξηση των γραμμάτων, αυτό το DNA είχε μια πολύ μεγαλύτερη ικανότητα αποθήκευσης πληροφοριών. Οι επιστήμονες κάλεσαν το νέο DNA "hachimoji" - που σημαίνει "οκτώ γράμματα" στα Ιαπωνικά - επεκτείνοντας το προηγούμενο έργο από διαφορετικές ομάδες που είχαν δημιουργήσει παρόμοιο DNA χρησιμοποιώντας έξι γράμματα.
Γράφοντας τον κώδικα
Το φυσικό DNA αποτελείται από τέσσερα μόρια, που ονομάζονται αζωτούχες βάσεις, τα οποία ζευγαρώνουν μεταξύ τους για να σχηματίσουν τον κώδικα για τη ζωή στη Γη: Α δεσμεύει με το Τ. G συνδέεται με το C. Το DNA Hachimoji περιλαμβάνει αυτές τις τέσσερις φυσικές βάσεις, συν τέσσερις άλλες συνθετικά κατασκευασμένες νουκλεοτιδικές βάσεις: Ρ, Β, Ζ και S.
Η ερευνητική ομάδα, η οποία περιελάμβανε πολλές διαφορετικές ομάδες στις ΗΠΑ, δημιούργησε εκατοντάδες από αυτές τις διπλές έλικες Hachimoji με διαφορετικούς συνδυασμούς των φυσικών και συνθετικών ζευγών βάσεων νουκλεοτιδίων. Στη συνέχεια, πραγματοποίησαν μια σειρά πειραμάτων για να δουν αν οι διάφορες διπλές έλικες είχαν ιδιότητες που απαιτούνται για να στηρίξουν τη ζωή.
Το φυσικό DNA έχει ιδιότητα σφραγίδας που δεν φαίνεται να έχει κανένα άλλο γενετικό μόριο: Είναι σταθερό και προβλέψιμο. Αυτό σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν να υπολογίσουν ακριβώς πώς θα συμπεριφέρονται σε ορισμένες θερμοκρασίες και περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένης και πότε θα υποβαθμιστεί.
Αλλά αποδεικνύεται ότι οι ερευνητές ήταν επίσης σε θέση να το κάνουν αυτό με το Hachimoji DNA - θα μπορούσαν να βρουν ένα σύνολο κανόνων που μπορούν να προβλέψουν τη σταθερότητα του DNA όταν εκτίθεται σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Απαιτήσεις για τη ζωή
Η διαπίστωση ότι είναι δυνατό να προστεθούν οι τέσσερις συνθετικές βάσεις και να αποκτηθεί ένας "κώδικας που είναι προβλέψιμος και προγραμματιζόμενος ... που είναι απλώς πρωτοφανής", δήλωσε ο Floyd Romesberg, καθηγητής χημείας στη Scripps Research στην Καλιφόρνια, ο οποίος δεν ήταν μέλος της μελέτης, αλλά δημοσιευθείσα προηγουμένως έρευνα σε προηγούμενο κώδικα έξι γραμμάτων. Αυτό το "χαρτί ορόσημο" δείχνει πράγματι ότι τα G, C, A και T "δεν είναι μοναδικά", δήλωσε ο Romesberg στην Live Science.
Ο ανώτερος συγγραφέας Steven Benner,ένας διακεκριμένος συνεργάτης στο Ίδρυμα Εφαρμοσμένης Μοριακής Εξέλιξης στη Φλώριδα, συμφώνησε. Αν κάπου αλλού στο σύμπαν, η ζωή είναι επίσης κωδικοποιημένη στο DNA, δεν πρόκειται να είναι "ακριβώς όπως αυτό που έχουμε εδώ στη Γη", είπε ο Benner στο Live Science. "Είναι πολύ χρήσιμο να έχουμε αυτά τα πειράματα στο εργαστήριο για να καταλάβουμε τι εναλλακτικές δομές."
Αλλά η δημιουργία του DNA που αποθηκεύει τις πληροφορίες δεν αρκεί, σημείωσε ο Benner. Πρέπει επίσης να έχει τη δυνατότητα να μεταφέρει αυτές τις πληροφορίες στο αδελφό μόριο RNA του, έτσι ώστε αυτό το RNA μπορεί στη συνέχεια να καθοδηγήσει τις πρωτεΐνες να πραγματοποιήσουν όλη την επιχείρηση σε έναν οργανισμό.
Με αυτό κατά νου, οι ερευνητές ανέπτυξαν συνθετικά ένζυμα - πρωτεΐνες που διευκολύνουν μια αντίδραση - που με επιτυχία αντιγράφηκε το Hachimoji DNA στο Hachimoji RNA. Επιπλέον, διαπίστωσαν ότι το μόριο RNA ήταν ικανό να αναδιπλωθεί σε ένα σχήμα L που θα ήταν απαραίτητο για να μεταφέρει περαιτέρω πληροφορίες.
Επιπλέον, οι κλώνοι DNA πρέπει να είναι σε θέση να στρίψουν στην ίδια τρισδιάστατη δομή - τη φημισμένη διπλή έλικα.
Η ομάδα δημιούργησε τρεις κρυσταλλικές δομές του DNA Hachimoji, το καθένα με διαφορετικές ακολουθίες των οκτώ ζευγών βάσεων, και διαπίστωσε ότι πράγματι, κάθε μία σχημάτισε την κλασική διπλή έλικα.
Ωστόσο, για να υποστηρίξει τη ζωή του DNA Hachimoji, υπάρχει μια πέμπτη απαίτηση, είπε ο Benner. Δηλαδή, πρέπει να είναι αυτοσυντηρούμενος ή να έχει τη δυνατότητα να επιβιώσει μόνος του. Ωστόσο, οι ερευνητές σταμάτησαν να διερευνήσουν αυτό το βήμα, προκειμένου να αποτρέψουν το μόριο από το να γίνει βιολογικός κίνδυνος που θα μπορούσε κάποια μέρα να φτάσει στα γονιδιώματα των οργανισμών στη Γη.
Ένα διαδεδομένο λεξιλόγιο
Εκτός από την αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων για τη ζωή στον Κόσμο, αυτή η αλυσίδα DNA οκτώ γραμμάτων έχει επίσης εφαρμογές εδώ στον πλανήτη μας. Ένα γενετικό αλφάβητο των οκτώ γραμμάτων θα αποθηκεύσει περισσότερες πληροφορίες και θα δεσμεύσει συγκεκριμένους στόχους πιο συγκεκριμένα, δήλωσε ο Benner. Για παράδειγμα, το DNA Hachimoji μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συνδεθεί με καρκινικά κύτταρα ή με τοξίνες του άνθρακα, ή να χρησιμοποιηθεί για την επιτάχυνση των χημικών αντιδράσεων.
"Με την αύξηση του αριθμού των γραμμάτων από έξι σε οκτώ, η ποικιλομορφία των αλληλουχιών DNA αυξάνεται σημαντικά", δήλωσε ο Ichiro Hirao, συνθετικός μοριακός βιολόγος στο Ινστιτούτο Βιοϊατρικής και Νανοτεχνολογίας, A * STAR στη Σιγκαπούρη, ο οποίος επίσης δεν ανήκε στη μελέτη , είπε σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. (Η ομάδα του Hirao συμμετείχε, ωστόσο, σε προηγούμενες έρευνες που δημιούργησαν σκέλη DNA έξι γραμμάτων)
Φυσικά, "αυτή είναι απλώς μια πρώτη επίδειξη" μιας διπλής έλικας διπλού DNA και για πρακτική χρήση πρέπει να βελτιώσουμε την ακρίβεια και την αποτελεσματικότητα της αντιγραφής και της μεταγραφής στο RNA, δήλωσε ο Hirao σε email. Φαντάζεται ότι τελικά μπορεί να είναι σε θέση να δημιουργήσει ακόμα περισσότερες επιστολές.
